Gaya pada belokan pipa

Hampir seluruh gaya belokan berasal dari tekanan, bukan dari air yang bergerak. Blok angkurnya karena itu ditentukan tekanan uji, bukan debitnya.

simulasiBlok angkur pada belokan pipa tekan, dilihat dari atas

satuanSI (kN, m, kPa)

R158,7 kN

A1,06 m²

b0,88 m

pA/R98,9 %

lembarPI-05rev A

masukan

Sim	Besaran	Nilai
Q	Debit	400l/s
D	Garis tengah pipa	400mm
h	Tinggi tekan uji	90m
θ	Sudut belokan	90°
q	Daya dukung tanah yang diizinkan	150kPa

kondisi contoh

hasil

Blok angkur tunggal masih memadai

Sim	Besaran terhitung	Nilai
R	Resultan gaya pada belokan	158,71kN
α	Arah resultan terhadap aliran masuk	-45,0°
A	Luas muka tumpu yang dibutuhkan	1,058m²
b	Lebar blok pada tinggi 1,2 m	0,882m
W	Berat blok bila hanya mengandalkan gesekan	352,7kN
V	Volume beton bila hanya mengandalkan gesekan	14,69m³
—	Bagian resultan yang berasal dari tekanan	98,87%

yang perlu diperhatikan

Belokan ini memikul 158,7 kilonewton dan menuntut muka tumpu seluas 1,06 meter persegi. Tarik debitnya sampai nol sama sekali, tanpa menyentuh tekanannya, dan gayanya menetap di 156,9 kilonewton dengan muka tumpu 1,05 meter persegi. Itulah seluruh keadaan rancangannya, tercapai dengan air yang diam sempurna. Lalu tarik tinggi tekan ujinya dan perhatikan kedua angka itu bergerak sebanding, karena gaya tekanan memang pA dan bukan yang lain.

verifikasi

7 dari 7 pemeriksaan lolos

Nilai acuan berasal dari luar aplikasi ini. Kolom hitungan dievaluasi saat halaman digambar, jadi tabel ini ikut berubah bila modelnya berubah.

Yang diperiksa	Jenis	Acuan	Nilai acuan	Hitungan	Selisih
Membalik arah sepenuhnya menuntut akar dua kali gaya belokan siku	Sifat matematis	Selisih vektor laju aliran momentum pada penampang yang sama	1,414214	1,414214	nol
Gaya tekanan dan laju aliran momentum berjumlah resultannya	Pulang pergi	Kekekalan momentum pada volume kendalinya	158.705,486N	158.705,486N	nol
Kehilangan pembesaran mendadak memakai kuadrat selisih kecepatannya	Nilai terbitan	Borda (1766) dan Carnot (1783), hL = (V1 − V2)²/2g	0,000000m	0,000000m	nol
Kehilangan penyempitan mendadak mengikuti koefisien tepi tajam	Nilai terbitan	Idelchik (1996), diagram 3-7, K = 0,5 (1 − A2/A1)	0,000000m	0,000000m	nol
Pembesaran penampang menaikkan tekanan meskipun energinya hilang	Perilaku	Perilaku yang harus berlaku: kecepatan yang lepas melebihi tekanan yang didapat	1	1	nol
Belokan lurus tidak membelokkan apa pun, jadi gayanya sejajar pipanya	Sifat matematis	Sifat yang harus berlaku pada sudut nol	0,000000N	0,000000N	nol
Suku tekanan menguasai suku momentum pada pipa air bertekanan	Perilaku	Perbandingan besar kedua suku pada pipa rancangan yang lazim	1	1	nol

Seluruh pemeriksaan ini juga tersedia sebagai berkas uji yang dapat dijalankan sendiri dengan perintah npm test.

dasar perhitungan

R = 2(pA + ρQV) sinθ2pada belokan berpenampang tetap

A =RqW =Rμμ = 0,45 beton terhadap tanah, γ = 24 kN/m³

Angka yang paling sering mengejutkan pada lembar ini adalah bagian tekanannya. Pada pipa air kota yang biasa, sembilan puluh tujuh sampai sembilan puluh sembilan persen gaya belokannya berasal dari tekanan dan hanya sisanya dari momentum air yang bergerak. Akibatnya sederhana dan sering dilupakan: blok angkur dirancang untuk tekanan uji, bukan untuk tekanan kerja, dan sama sekali bukan untuk debit. Pipa yang sedang diuji tekan dengan airnya diam menuntut angkur yang hampir sama besarnya dengan pipa yang mengalir penuh, dan justru uji tekanlah yang biasanya menjadi keadaan paling berat sepanjang umur pipa, karena tekanan ujinya memang sengaja dibuat lebih tinggi daripada tekanan kerjanya. Dua kesalahan yang lahir dari lupa ini sama-sama mahal. Yang pertama merancang angkur dari debit puncak dan mendapati blok bergeser saat uji tekan pertama, sebelum satu tetes air pun dialirkan kepada pelanggan. Yang kedua menambah ukuran blok setiap kali debitnya dinaikkan, padahal yang menentukan tidak pernah berubah.

rujukan

01AWWA (2017). M11 Steel Water Pipe: A Guide for Design and Installation, edisi ke-5.
02Ductile Iron Pipe Research Association (2016). Thrust Restraint Design for Ductile Iron Pipe, edisi ke-7.
03Streeter, V.L. & Wylie, E.B. (1985). Fluid Mechanics, edisi ke-8, bab 3.
04Terzaghi, K., Peck, R.B. & Mesri, G. (1996). Soil Mechanics in Engineering Practice, edisi ke-3.